Ammoniaksynthese, auch Haber-Bosch-Synthese genannt, bezieht sich auf einen heute weit verbreiteten Prozess im industriellen Maßstab, bei dem die Parameter, die die chemische Reaktion zwischen Stickstoff und Wasserstoff stören, ideal angepasst werden, um die Ammoniaksynthese zu maximieren.
ist eine katalysierte Reaktion mit Eisen (katalytisches Ferrit, fein in Eisenoxid geteiltes Eisen) unter den Bedingungen von 200 Druckatmosphären im Temperaturbereich von 400 bis 500 °C.,:
N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) ↽ − − ⇀ 2 NH 3 ( g ) {\displaystyle {\ce {N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)}}} 
O processo foi entwickelt laboratorialmente von Fritz Haber em 1908 und entwickelt industriell von Carl Bosch, die zwischen 1912 und 1913. Es wurde erstmals im industriellen Maßstab in Deutschland während des Ersten Weltkriegs eingesetzt., Für die Herstellung von Munition waren die Deutschen auf Natriumnitrat angewiesen, das aus Chile importiert wurde, was unzureichend und unsicher war. Angesichts der alliierten Angriffe auf die Schifffahrtswege des Rohstoffs begannen die Deutschen unter anderem, das Haber-Verfahren zur Herstellung von Ammoniak ohne Weiteres einzusetzen. Das erzeugte Ammoniak (Ammoniak) wurde zur Herstellung von Salpetersäure durch das Ostwald-Verfahren oxidiert und dieses zur Herstellung von Stickstoff/Stickstoff-Sprengstoffen verwendet, die bei der Herstellung von Munition verwendet werden.,
Für die Herstellung von Ammoniak aus dem Stickstoff in den Stickstoff aus Luft und Wasserstoff erhalten wird, als Ergebnis der Reaktion zwischen dem Wasser und dem Erdgas sind:
CH 4 ( g ) + H 2 O ( l ) ⟶ CO ( g ) + 3 H 2 ( g ) {\displaystyle {\ce {CH4(g) + H2O(l) -> CO(g) + 3H2(g)}}}
Die Reaktion wird uns heute gezeigt, was für die Produktion des Düngemittels äußerst wichtig ist, und es wurde geschätzt, dass mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung (ungefähr 40%) Ihr Lebensmittel sein sollte direkt dabei., Der entscheidende Punkt liegt in der Tatsache, dass Luft zwar etwa 78% Stickstoff in ihrer Zusammensetzung enthält, der auch Stickstoff in seiner einfachen Form unter normalen Bedingungen praktisch nicht reaktiv ist und unter solchen Bedingungen einem Edelgas ähnelt. Die Produktion von Stickstoffverbindungen in natürlichen Prozessen und deren Insertion unter anderem in die Nahrungskette hängt grundsätzlich von stickstofffixierenden Bakterien ab, diese finden sich üblicherweise beispielsweise in den Wurzeln von Hülsenfrüchten wie Bohnen., Die Gewinnung solcher Verbindungen in Anteilen, die derzeit weltweit gefordert werden, wäre jedoch unpraktisch, wenn die Abhängigkeit der Ausbeutung natürlicher Quellen entweder zur Herstellung von Sprengstoffen oder zur Verwendung in Düngemitteln selbst aufrechterhalten würde.
Die Reaktion zwischen Stickstoff und Wasserstoff ist reversibel, daher hängt die Ausbeute bei der Herstellung von Ammoniak von einigen Bedingungen ab:
Temperatur: Die Bildung von Ammoniak ist ein exothermer Prozess, dh er tritt bei Wärmeabgabe auf., Somit begünstigen niedrige Temperaturen die Produktion von NH3 und der Temperaturanstieg neigt dazu, das Gleichgewicht der Reaktion nach dem Le Chatelier-Prinzip in die entgegengesetzte Richtung zu verschieben. Andererseits verringert die Temperaturreduktion die Reaktionsgeschwindigkeit, so dass eine Zwischentemperatur die ideale ist, um den Prozess zu begünstigen. Experimente haben gezeigt, dass die optimale Temperatur 450 °C beträgt
Druck: Der Druckanstieg begünstigt die Bildung von Ammoniak, da dabei das Volumen abnimmt (aufgrund einer Abnahme der Molekülzahl)., Somit erhöht der Druckanstieg die Ausbeute der Produktbildung, andererseits muss dieser Anstieg jedoch wirtschaftlich machbar sein, dh er darf die Produktionskosten nicht zu hoch machen. Der als technisch und wirtschaftlich machbar angesehene Druck beträgt 200 Atmosphären.
Katalysator: Der Katalysator beeinflusst nicht das Gleichgewicht, sondern beschleunigt die Reaktionsgeschwindigkeit, um ein Gleichgewicht zu erreichen. Durch die Zugabe eines Katalysators kann sich der Prozess bei niedrigeren Temperaturen günstig entwickeln., Zu Beginn wurden für die Synthesereaktion von Ammoniak über das Haber-Bosch-Verfahren Osmium und Uran als Katalysatoren verwendet, die als Katalysatoren der ersten Generation galten. Gegenwärtig werden Katalysatoren der zweiten Generation weitgehend verwendet, die Träger (Eisenoxid, Kohlenstoff, Magnesiumoxide, Aluminiumoxid, Zeolithe, Spinell und Bornitrid) enthalten, die die Vergrößerung der Oberfläche fördern und die Diffusion erleichtern, wobei der katalytische Ferrit immer noch am häufigsten verwendet wird (α-Fe).,
In der Industrie wird katalytisches Eisen hergestellt, indem Magnetit, ein Eisenoxid, erhitztem Wasserstoff ausgesetzt wird. Magnetit wird zu metallischem Eisen mit der Beseitigung von Sauerstoff in dem Prozess reduziert.
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